杨 勇 张海磊 叶 锋 韩 蕊

（1.中海石油深海开发有限公司 广东深圳 2.中国石油大学（华东） 山东青岛）

某海上天然气处理平台从投产至今一直处于稳定生产状态，平台主要流程包含天然气脱水、凝析油脱水、三甘醇再生、乙二醇再生等多项工艺。设施配备了2台负荷为5500 kW的透平发电机作为平台主电力来源，平台透平发电机尾气温度较高，为充分利用高温烟气，提高机组热效率节省燃料、节能减排，透平发电机配备了2台废热回收/补燃装置（锅炉）。随着PLC、DCS等控制系统的不断进步，对已有的控制回路不断改进已成为必然。为此，结合实际发生的废热利用率低、系统波动大等问题对该装置进行了必要的控制改进。

一、废热补燃装置流程简介

废热补燃装置在该海上设施中对于三甘醇和乙二醇再生流程起着至关重要的角色，为满足各设备对温度的要求以及各设备操作时的热量需求，平台配备了2套9000 kW的热媒加热系统，手动选择运行模式，为废热模式和废热补燃AUTO模式，其中透平（全负荷）尾气提供4500 kW热量，补燃系统（全负荷）提供4500 kW热量。

热介质由废热炉加热，废热由透平发电机提供。在平台启动初期或废热不足的情况下，可以通过燃料气补燃提供热源。通过废热回收单元热介质被加热到220℃，其中至少10%的热介质过滤后，供给热介质用户。经过换热后的热介质汇集到回收管汇，经过热介质循环泵增压进入废热回收单元循环使用。在热介质分配管汇和回收管汇之间有旁通管线，通过压差控制来回收提供给用户过量的热介质，保证整个热介质系统压力平衡。热媒加热系统组成及工艺流程图如图1所示。

在图1中V1为旁通加热阀开度0～100%，V2为加热阀开度0～100%，正常运行过程V1+V2=100%。废热回收补燃装置有两种模式可供选择，一种为仅废热模式（以下称OWH模式），一种为废热补燃自动模式（以下称AUTO模式）。

装置配备有完整的辅助和控制系统，包含中央风系统（补燃时提供主要空气）、冷却风系统（冷却燃烧头等部件）、密封风系统（对加热阀进行冷却、密封）、燃料气配比燃烧系统（使燃料气完全充分燃烧）、CO2灭火系统（炉内紧急情况下释放灭火）、尾气氧含量检测（实时检测透平/补燃尾气氧含量）、温控系统（控制加热阀的开度已经补燃负荷以及检测炉内盘管温度）、流量检测系统（保证炉内一定热媒流速避免结焦）等系统。同时为了保证透平及废热回收补燃装置的安全运行，透平发电机与废热补燃装置有一定的连锁，只有在废热回收补燃装置处于一定状态时（流量、温度、液位、风机、加热阀开度等）透平才能正常启动。同理要启动废热补燃装置也必须在透平启动情况下同时满足流量、温度等条件才能正常启动。

图1 热媒加热系统组成及工艺流程图

废热补燃装置设有2种模式，利用PLC进行逻辑控制，每台装置均有一台LCP，LCP上有人机界面，操作人员可通过工艺需求手动选择模式以及对热媒出口温度进行设置。本文主要探讨在AUTO模式下的各种工况，以下均默认为AUTO模式。

二、双模式（废热及补燃）控制逻辑改进

废热补燃装置主要涉及补燃启停及负荷调节、加热阀的开度、中央风机启停、装置的启停等多个回路调控。装置在投用时的控制逻辑，如图2所示。关于废热补燃控制逻辑方框图有4点说明。

（1）实际热媒温度为废热补燃装置出口处检测得到的热媒温度。

（2）补燃程序启动时，补燃系统将进行自检测试程序，此时补燃附加系统（中央风系统）启动，测试合格后其才进行点火过程。

（3）当补燃启动后之前设置的废热设点自动转换成为补燃设点，同时废热设点自动下降20℃。

图2 废热补燃控制逻辑方框图

（4）补燃停止延迟0.5 h后中央风系统停止，同时补燃程序停止。

在调试运行过程中发现，在该程序下补燃可以自动进行启停，当下游所需热量较多时，补燃可以在AUTO模式下自动投用。使用过程中发现：加热阀开度在60%～90%时，补燃在中低负荷下运行。在此状况下运行时有2个问题，一是有大量的透平废热通过旁通阀直接将尾气中的热量排掉，而此时补燃系统在运行，浪费了大量热量。二是实际热媒出口温度有一定的波动幅度，对下游流程有影响。在该情况下对热媒系统及下游相关参数监测曲线如图3所示，其中热媒出口设点为220℃，三甘醇出口温度设点为180℃（任选24 h）。

图3 改进前热媒系统相关参数曲线图

针对第一种现象，根据现场实际进行分析判断，原因在于当补燃启动后废热设点自动降低20℃处，由于加热阀的开度受废热设点与实际热媒温度之间PID的运算影响，当废热设点在设点基础上降低20℃后，由于补燃的运行使得实际热媒温度上升，从而通过PID的运算调节，加热阀将有关小的趋势，因此才会造成上面现象的发生。加热阀的开度在60%～90%，未能完全利用透平废热，同时也不够条件将补燃停止，造成了资源的浪费。

针对第二种现象，根据现场实际进行分析判断，原因在于补燃结束后在第二次重启补燃时（0.5 h内），温差为10℃，温差过大，温度不够时，不能及时启动补燃，使得温度控制有一定的波动性。

根据以上分析，综合考虑温度、燃料气流量、补燃启停频率等相关因素后，改进补燃程序，改进后的逻辑方框图如图4所示。

图4主要修改了2处，一是在补燃启动后废热设点自动上升5℃在补燃设点的基础上。二是在补燃程序未停止的前提下再启动补燃时只需要设点大于实际热媒温度5℃即可启动。

将该程序应用后，成功的解决了之前出现的两个问题，在补燃启动的过程中，加热阀长时间处于开度在80%以上，高效的利用了透平尾气中的热量。同时热媒油的出口温度也趋于稳定，波动在1～2℃，在工艺允许波动范围内。改进后的相关参数变化趋势如图5所示，其中热媒出口设点为220℃，三甘醇出口温度设点为180℃（任选24 h）。

三、应用中出现的问题

图4 改进后的废热补燃AUTO模式下的控制方框图

图5 改进后热媒系统相关参数曲线图

在对控制逻辑进行改进后，系统大部分时间处于正常状态，期间因中央风机风压不足导致补燃未能正常启动。2015年初，按照正常操作程序对透平和废热/补燃装置进行切换后，确定模式为AUTO后，启动废热/补燃装置，温度正常上升，当满足补燃启动条件时，补燃程序启动后，在自检时发生报警，使补燃程序终止。

观察报警面板，为“中央风机风压低”。对中央风机进行手动启动，可正常启动。手动打开风机后双隔离阀可以正常打开。对风机进行检查时，发现风机吸入口的吸力明显降低。后对风机进行检查发现，有保温棉被吸入风机吸入口，使得风机的风压低于报警值，从而使得补燃系统不能正常启动。

四、废热补燃AUTO模式下应注意的事项

（1）在使用装置前对补燃的中央风机、燃料气系统流程进行检查。若长期不使用应在再次使用前处流程外，还应对补燃系统上各仪表进行校定，同时手动加热阀和旁通阀。

（2）在停用热媒装置时为避免热媒油内杂质沉淀聚集在盘管内，可以小流量通过热媒装置，或者在再次启动前对装置进行小流量预循环。

（3）在热媒系统运行过程中，为尽量避免热媒裂解，应注意：操作温度不易突然升高，最好在最初设计的温度下运行；定期的对补燃所用天然气进行露点分析、对火焰燃烧颜色观察、对炉内积灰应在大修时清理；定期对热媒系统上的滤器进行清洗、更换，避免堵塞炉内加热盘管。

（4）对停止运行的装置，LCP的电源应该持续上电，因海上特殊的环境，此举可保证LCP内的通风系统正常运行，避免受潮腐蚀。

（5）防止运行中突然断电，炉内余温继续加热热媒，从而结焦。因此，根据实际情况，最好采用UPS为循环泵供电，该海上平台循环泵是由应急盘供电，能有效的防止意外断电后对热媒系统产生的影响。

（6）需要经常对废热/补燃装置上各仪表进行维护，特别是热媒进出口温度仪表、尾气进出口温度仪表、17根加热盘管上的温度仪表、燃料气系统上的各压力表，对其周期性标定，使其测量灵敏，显示标准，保证热媒的正常稳定使用。

五、结语

海上设施废热补燃锅炉的应用情况表明，采用合理的控制逻辑后，不仅克服了先前锅炉废热利用率不足的缺点，同时增强了热媒系统及下游用户的稳定性。在完全利用了透平尾气热量的前提下使用补燃系统，废热利用率极高，加之热媒系统的高度自动化、低环境污染、高安全系数等特点，较好地满足了下游用户的需求。